Все тела в безвоздушном пространстве падают с одинаковым ускорением. Но почему это происходит? Отчего ускорение свободно падающего тела не зависит от его массы? Чтобы ответить на эти вопросы, нам придется как следует поразмыслить над значением слова «масса».
Остановимся прежде всего на ходе рассуждений Галилея, которыми он пытался доказать, что все тела должны падать с одинаковым ускорением. Не придем ли мы, рассуждая подобным образом, например, к выводу, что в электрическом поле все заряды движутся тоже с одинаковым ускорением?
Пусть имеются два электрических заряда — большой и маленький; предположим, что в данном электрическом поле большой заряд движется быстрее. Соединим эти заряды. Как должен теперь двигаться составной заряд: быстрее или медленнее большого заряда? Одно достоверно, что сила, действующая на составной заряд со стороны электрического поля, будет больше сил, которые испытывал каждый заряд в отдельности. Однако для определения ускорения тела этих сведений еще недостаточно; нужно знать также и общую массу составного заряда. За недостатком данных мы должны прервать свое рассуждение о движении составного заряда.
Но почему Галилею не встретились подобные трудности, когда он обсуждал падение тяжелого и легкого тел? Чем же отличается движение массы в поле тяготения от движения заряда в электрическом поле? Оказывается, что никакой принципиальной разницы здесь нет. Для определения движения заряда в электрическом поле мы должны знать величину заряда и массы: первая из них определяет силу, действующую на заряд со стороны электрического поля, вторая определяет ускорение при данной силе. Для определения движения тела в поле тяготения также надо учитывать две величины: гравитационный заряд и его массу. Гравитационный заряд определяет величину силы, с которой действует на тело гравитационное поле, масса же определяет ускорение тела в случае заданной силы. Галилею оказалось достаточно одной величины потому, что он считал гравитационный заряд равным массе.
Остановимся прежде всего на ходе рассуждений Галилея, которыми он пытался доказать, что все тела должны падать с одинаковым ускорением. Не придем ли мы, рассуждая подобным образом, например, к выводу, что в электрическом поле все заряды движутся тоже с одинаковым ускорением?
Пусть имеются два электрических заряда — большой и маленький; предположим, что в данном электрическом поле большой заряд движется быстрее. Соединим эти заряды. Как должен теперь двигаться составной заряд: быстрее или медленнее большого заряда? Одно достоверно, что сила, действующая на составной заряд со стороны электрического поля, будет больше сил, которые испытывал каждый заряд в отдельности. Однако для определения ускорения тела этих сведений еще недостаточно; нужно знать также и общую массу составного заряда. За недостатком данных мы должны прервать свое рассуждение о движении составного заряда.
Но почему Галилею не встретились подобные трудности, когда он обсуждал падение тяжелого и легкого тел? Чем же отличается движение массы в поле тяготения от движения заряда в электрическом поле? Оказывается, что никакой принципиальной разницы здесь нет. Для определения движения заряда в электрическом поле мы должны знать величину заряда и массы: первая из них определяет силу, действующую на заряд со стороны электрического поля, вторая определяет ускорение при данной силе. Для определения движения тела в поле тяготения также надо учитывать две величины: гравитационный заряд и его массу. Гравитационный заряд определяет величину силы, с которой действует на тело гравитационное поле, масса же определяет ускорение тела в случае заданной силы. Галилею оказалось достаточно одной величины потому, что он считал гравитационный заряд равным массе.
Все тела в безвоздушном пространстве падают с одинаковым ускорением. Но почему это происходит? Отчего ускорение свободно падающего тела не зависит от его массы? Чтобы ответить на эти вопросы, нам придется как следует поразмыслить над значением слова «масса».
Остановимся прежде всего на ходе рассуждений Галилея, которыми он пытался доказать, что все тела должны падать с одинаковым ускорением. Не придем ли мы, рассуждая подобным образом, например, к выводу, что в электрическом поле все заряды движутся тоже с одинаковым ускорением?
Пусть имеются два электрических заряда — большой и маленький; предположим, что в данном электрическом поле большой заряд движется быстрее. Соединим эти заряды. Как должен теперь двигаться составной заряд: быстрее или медленнее большого заряда? Одно достоверно, что сила, действующая на составной заряд со стороны электрического поля, будет больше сил, которые испытывал каждый заряд в отдельности. Однако для определения ускорения тела этих сведений еще недостаточно; нужно знать также и общую массу составного заряда. За недостатком данных мы должны прервать свое рассуждение о движении составного заряда.
Но почему Галилею не встретились подобные трудности, когда он обсуждал падение тяжелого и легкого тел? Чем же отличается движение массы в поле тяготения от движения заряда в электрическом поле? Оказывается, что никакой принципиальной разницы здесь нет. Для определения движения заряда в электрическом поле мы должны знать величину заряда и массы: первая из них определяет силу, действующую на заряд со стороны электрического поля, вторая определяет ускорение при данной силе. Для определения движения тела в поле тяготения также надо учитывать две величины: гравитационный заряд и его массу. Гравитационный заряд определяет величину силы, с которой действует на тело гравитационное поле, масса же определяет ускорение тела в случае заданной силы. Галилею оказалось достаточно одной величины потому, что он считал гравитационный заряд равным массе.
Обычно физики не пользуются термином «гравитационный заряд», а говорят вместо этого «тяжелая масса». Чтобы избежать путаницы, массу, которая определяет ускорение тела при заданной силе, называют «инертной массой». Так, например, масса, о которой идет речь в специальной теории относительности, есть инертная масса.
Охарактеризуем тяжелую и инертную массы несколько точнее.
Что мы понимаем, например, под утверждением, что буханка хлеба весит 1 кг? Это хлеб, который Земля притягивает к себе с силой в 1 кг (разумеется, и хлеб притягивает Землю с такой же силой). Почему же Земля притягивает одну буханку силой в 1 кг, а другую, большую, скажем, силой в 2 кг? Потому, что во второй буханке больше хлеба, чем в первой. Или же, как говорят, у второй буханки масса больше (точнее, в два раза больше), чем у первой.
Каждое тело имеет определенный вес, вес же зависит от тяжелой массы. Тяжелая масса является характеристикой тела, определяющей его вес, или, иначе говоря, тяжелая масса определяет величину силы, с которой рассматриваемое тело притягивается другими телами. Такта образом, величины т и М, фигурирующие в формуле (10). являются тяжелыми массами. Надо иметь в виду, что тяжелая масса — это определенная величина, характеризующая количество материи, заключенное в теле. Вес же тела, напротив, зависит от внешних условий.
В повседневной жизни под весом мы понимаем силу, с которой тело притягивается Землей, измеряем вес тела по отношению к Земле. С тем же успехом мы могли бы говорить и о весе тела относительно Луны, Солнца или любого другого тела. Когда человеку удастся посетить другие планеты, он получит возможность непосредственно убедиться в том, что вес тела зависит от той массы, относительно которой его измеряют. Представим, что космонавты, отправляясь на Марс, захватили с собой буханку хлеба, которая весит на Земле 1 кг. Взвесив его на поверхности Марса, они обнаружат, что вес буханки оказался равным 380 г. Тяжелая масса хлеба за время полета не изменилась, однако вес хлеба уменьшился почти втрое. Причина ясна: тяжелая масса Марса меньше тяжелой массы Земли, поэтому притяжение хлеба на Марсе меньше, чем на Земле. Но насыщать этот хлеб будет совершенно одинаково, независимо от того, где его есть — на Земле или на Марсе. Из этого примера видно, что тело надо характеризовать не с помощью его веса, а посредством его тяжелой массы. Наша система единиц выбрана таким образом, что вес тела (по отношению к Земле) численно равен тяжелой массе, только благодаря этому нам нет нужды в повседневной жизни различать тяжелую массу и вес тела.
Рассмотрим следующий пример. Пусть на станцию прибывает короткий товарный состав. Включаются тормоза, и поезд сразу останавливается. Затем приходит тяжеловесный состав. Здесь уже так сразу не остановишь поезд — приходится тормозить подольше. Отчего на остановку поездов затрачивается разное время? Обычно отвечают, что второй поезд был тяжелее первого — в этом-де и кроется причина. Этот ответ неточен. Что за дело машинисту паровоза до веса состава? . Ему важно лишь то, какое сопротивление оказывает поезд уменьшению скорости. Почему мы должны считать, что поезд, который Земля притягивает к себе сильнее, упорнее сопротивляется изменению скорости? Правда, повседневные наблюдения показывают, что так оно и есть, но ведь может оказаться, что это чистая случайность. Не видно никакой логической связи между весом поезда и тем сопротивлением, которое он оказывает изменению скорости.
Остановимся прежде всего на ходе рассуждений Галилея, которыми он пытался доказать, что все тела должны падать с одинаковым ускорением. Не придем ли мы, рассуждая подобным образом, например, к выводу, что в электрическом поле все заряды движутся тоже с одинаковым ускорением?
Пусть имеются два электрических заряда — большой и маленький; предположим, что в данном электрическом поле большой заряд движется быстрее. Соединим эти заряды. Как должен теперь двигаться составной заряд: быстрее или медленнее большого заряда? Одно достоверно, что сила, действующая на составной заряд со стороны электрического поля, будет больше сил, которые испытывал каждый заряд в отдельности. Однако для определения ускорения тела этих сведений еще недостаточно; нужно знать также и общую массу составного заряда. За недостатком данных мы должны прервать свое рассуждение о движении составного заряда.
Но почему Галилею не встретились подобные трудности, когда он обсуждал падение тяжелого и легкого тел? Чем же отличается движение массы в поле тяготения от движения заряда в электрическом поле? Оказывается, что никакой принципиальной разницы здесь нет. Для определения движения заряда в электрическом поле мы должны знать величину заряда и массы: первая из них определяет силу, действующую на заряд со стороны электрического поля, вторая определяет ускорение при данной силе. Для определения движения тела в поле тяготения также надо учитывать две величины: гравитационный заряд и его массу. Гравитационный заряд определяет величину силы, с которой действует на тело гравитационное поле, масса же определяет ускорение тела в случае заданной силы. Галилею оказалось достаточно одной величины потому, что он считал гравитационный заряд равным массе.
Обычно физики не пользуются термином «гравитационный заряд», а говорят вместо этого «тяжелая масса». Чтобы избежать путаницы, массу, которая определяет ускорение тела при заданной силе, называют «инертной массой». Так, например, масса, о которой идет речь в специальной теории относительности, есть инертная масса.
Охарактеризуем тяжелую и инертную массы несколько точнее.
Что мы понимаем, например, под утверждением, что буханка хлеба весит 1 кг? Это хлеб, который Земля притягивает к себе с силой в 1 кг (разумеется, и хлеб притягивает Землю с такой же силой). Почему же Земля притягивает одну буханку силой в 1 кг, а другую, большую, скажем, силой в 2 кг? Потому, что во второй буханке больше хлеба, чем в первой. Или же, как говорят, у второй буханки масса больше (точнее, в два раза больше), чем у первой.
Каждое тело имеет определенный вес, вес же зависит от тяжелой массы. Тяжелая масса является характеристикой тела, определяющей его вес, или, иначе говоря, тяжелая масса определяет величину силы, с которой рассматриваемое тело притягивается другими телами. Такта образом, величины т и М, фигурирующие в формуле (10). являются тяжелыми массами. Надо иметь в виду, что тяжелая масса — это определенная величина, характеризующая количество материи, заключенное в теле. Вес же тела, напротив, зависит от внешних условий.
В повседневной жизни под весом мы понимаем силу, с которой тело притягивается Землей, измеряем вес тела по отношению к Земле. С тем же успехом мы могли бы говорить и о весе тела относительно Луны, Солнца или любого другого тела. Когда человеку удастся посетить другие планеты, он получит возможность непосредственно убедиться в том, что вес тела зависит от той массы, относительно которой его измеряют. Представим, что космонавты, отправляясь на Марс, захватили с собой буханку хлеба, которая весит на Земле 1 кг. Взвесив его на поверхности Марса, они обнаружат, что вес буханки оказался равным 380 г. Тяжелая масса хлеба за время полета не изменилась, однако вес хлеба уменьшился почти втрое. Причина ясна: тяжелая масса Марса меньше тяжелой массы Земли, поэтому притяжение хлеба на Марсе меньше, чем на Земле. Но насыщать этот хлеб будет совершенно одинаково, независимо от того, где его есть — на Земле или на Марсе. Из этого примера видно, что тело надо характеризовать не с помощью его веса, а посредством его тяжелой массы. Наша система единиц выбрана таким образом, что вес тела (по отношению к Земле) численно равен тяжелой массе, только благодаря этому нам нет нужды в повседневной жизни различать тяжелую массу и вес тела.
Рассмотрим следующий пример. Пусть на станцию прибывает короткий товарный состав. Включаются тормоза, и поезд сразу останавливается. Затем приходит тяжеловесный состав. Здесь уже так сразу не остановишь поезд — приходится тормозить подольше. Отчего на остановку поездов затрачивается разное время? Обычно отвечают, что второй поезд был тяжелее первого — в этом-де и кроется причина. Этот ответ неточен. Что за дело машинисту паровоза до веса состава? . Ему важно лишь то, какое сопротивление оказывает поезд уменьшению скорости. Почему мы должны считать, что поезд, который Земля притягивает к себе сильнее, упорнее сопротивляется изменению скорости? Правда, повседневные наблюдения показывают, что так оно и есть, но ведь может оказаться, что это чистая случайность. Не видно никакой логической связи между весом поезда и тем сопротивлением, которое он оказывает изменению скорости.